Энергия атома или молекулы может принимать лишь некоторые определенные (дискретные) значения. Этим значениям соответствуют энергетические уровни. Переход атома (молекулы) с одного энергетического уровня на другой совершается скачком; это есть так называемый квантовый переход. Квантовые переходы атома или молекулы обусловлены различными причинами. В частности, они могут происходить при взаимодействии атомов и молекул с оптическим излучением.
Атомы каждого химического элемента характеризуются своей системой энергетических уровней. Характерные расстояния между уровнями энергии атома составляют примерно 1 – 5 эВ. Система энергетических уровней атома отражает особенности движения электронов в данном атоме.
Структура энергетических уровней молекулы отражает три типа движений: электронные движения, колебания атомов в молекуле, вращение молекулы. Поэтому система уровней у молекулы сложнее, чем у атома. Наряду с уровнями, отвечающими электронным движениям, существуют колебательные (расстояние между уровнями порядка 0,1эВ) и вращательные уровни (расстояние между уровнями порядка 0,01[1] эВ и меньше).